(57)【要約】【課題】外部過重による冷却水の圧力変動を吸収して冷却水の圧力を制御することのできる燃料電池の冷却水供給システムを提供する。【解決手段】燃料電池２に冷却水を供給する冷却水通路に接続され、この冷却水通路を通じて燃料電池２に冷却水を供給する燃料電池の水供給システムであって、燃料電池２に対し外部過重の発生する方向で且つ燃料電池２を挟んで対向する位置に冷却水の入口２ａと出口２ｂをそれぞれ設け、冷却水通路内の圧力を一定に保つ圧力調整容器５ａ、５ｂを、冷却水の入口側と出口側とにそれぞれ接続する構成とした。【選択図】      図１
2005353462.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池の水循環通路に接続され、この水循環通路を通じて前記燃料電池に水を供給する燃料電池の水供給システムにおいて、
前記燃料電池に対し外部過重の発生する方向で且つ前記燃料電池を挟んで対向する位置に前記水の入口と出口をそれぞれ設け、
前記水循環通路内の圧力を一定に保つ圧力調整容器を、前記水の入口側と出口側とにそれぞれ接続したことを特徴とする燃料電池の水供給システム。
【請求項２】
車両に搭載された前記燃料電池の水循環通路に接続され、この水循環通路を通じて前記燃料電池に水を供給する燃料電池の水供給システムであって、
車両進行方向前方側と後方側で且つ前記燃料電池を挟んで対向する位置に前記水の入口と出口をそれぞれ設けるとともに、前記圧力調整容器を前記水の入口側と出口側とにそれぞれ接続し、
前記水の入口側と出口側とにそれぞれ接続した前記各圧力調整容器のうち、車両進行方向前方側に接続した前記圧力調整容器の容量よりも、車両進行方向後方側に接続した前記圧力調整容器の容量を小さくしたことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池の水供給システム。
【請求項３】
車両に搭載された前記燃料電池の水循環通路に接続され、この水循環通路を通じて前記燃料電池に水を供給する燃料電池の水供給システムであって、
車両の進行方向前方側と後方側、車両の右側と左側、及び車両の上方と下方に前記水の入口と出口をそれぞれ設けるとともに、前記圧力調整容器を前記水の各入口側と出口側にそれぞれ接続したことを特徴とする請求項１又は２に記載の燃料電池の水供給システム。
【請求項４】
車両に搭載された前記燃料電池の水循環通路に接続され、この水循環通路を通じて前記燃料電池に水を供給する燃料電池の水供給システムであって、
車両の進行方向前方側と後方側、車両の右側と左側、及び車両の上方と下方に前記水の入口と出口をそれぞれ設けるとともに、前記圧力調整容器を前記水の各入口側と出口側に１つづつ共通に接続し、前記入口側の圧力調整容器と前記出口側の圧力調整容器とをそれぞれ前記燃料電池に対して対角線上の位置に配置したことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池の水供給システム。
【請求項５】
対角線上の位置に接続した前記各圧力調整容器のうち、車両の進行方向前方側に接続した前記圧力調整容器の容量よりも、車両の進行方向後方側に接続した前記圧力調整容器の容量を小さくしたことを特徴とする請求項４に記載の燃料電池の水供給システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池の水供給システムに係り、特に外部過重による圧力変動を吸収して冷却水の圧力を制御する燃料電池の水供給システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池車両等に搭載可能な燃料電池システムは、例えば燃料電池の燃料極に燃料ガスとなる水素を、また空気極には酸化剤ガスとして空気を供給して、これらを化学反応させることにより発電電力を得ている。ここで行われる化学反応は発熱反応であるため、安定した運転を維持するためには冷却システムが必要不可欠であり、また冷却水はガスを加湿するためにも必要となる。
【０００３】
このため、従来より燃料電池には冷却システムが備えられており、このような冷却システムでは、一般にリザーバタンクに冷却水を貯め、この冷却水を循環通路に設けた循環ポンプによって循環させている。そして、循環している冷却水の圧力は、圧力調整容器によって一定になるように調整されていた。
【０００４】
このような圧力調整容器を備えた燃料電池の冷却システムとして、循環通路に設けられた循環ポンプによって冷却水を循環させ、循環している冷却水の圧力を調整するために圧力調整容器となるプレッシャーレギュレータを備え、このプレッシャーレギュレータでは冷却水の圧力を大気である空気を利用して調整するようにしたものが知られている（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００３−３１２５１号号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述した特許文献１に開示された従来例では、外部から何らかの要因で過重がかかると、循環通路内の水圧が変動してしまい冷却システムに悪影響を及ぼす可能性があった。とくに、燃料電池を車両に搭載した場合には、車両の加減速時に発生する車両前後への過重（前後Ｇ）や、車両の旋回時に発生する車両左右への過重（横Ｇ）など多くの外部過重が加わるので、圧力変動は大きくなり上述した悪影響を回避することは重要なものとなる。
【０００６】
さらに、内部加湿型の燃料電池の場合には、冷却水圧力とガス圧力とを高精度で制御しなければならないので、上述した冷却水の圧力変動はさらに深刻なものとなる
一方、特許文献１で開示されているプレッシャーレギュレータは、循環通路内の圧力変化や脈動には効果があるものの、外部過重による圧力変動を吸収するためのものではないので、前後あるいは左右に大きく変動する車両における圧力変動に対しては有効ではなかった。
【０００７】
さらに、圧力センサを設けて循環通路内の圧力を監視し、冷却水の圧力が高くなったときには循環ポンプの回転数を弱めて冷却水の圧力を調整することも考えられるが、外部過重による圧力変動は一時的で急なものであるのに対し、反応が遅いために思い通りの制御ができないことが予想される。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述した課題を解決するために、本発明に係わる燃料電池の水供給システムは、燃料電池に冷却や加湿のための水を供給する水循環通路に接続され、この水循環通路を通じて前記燃料電池に水を供給する燃料電池の水供給システムであって、前記燃料電池に対し外部過重の発生する方向で且つ前記燃料電池を挟んで対向する位置に前記水を供給するための入口と排出するための出口をそれぞれ設け、前記水循環通路内の圧力を一定に保つ圧力調整容器を、前記水の入口側と出口側とにそれぞれ接続したことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係る燃料電池の水供給システムによれば、前後や左右など二方向から加わる外部過重による圧力変動を、それぞれの圧力調整容器によって吸収することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明を実施するための最良の形態として、本発明を燃料電池の冷却水供給システムに適用した場合の実施例について説明する。
【実施例１】
【００１１】
図１は、実施例１に係る燃料電池の冷却水供給システムの構成を示すブロック図である。図１に示すように、本実施例の燃料電池の冷却水供給システム１は、積層型の燃料電池２と、冷却水を貯留するリザーバタンク３と、冷却水を循環させる循環ポンプ４と、冷却水の圧力を調整するために燃料電池２の両端に設けられた圧力調整容器５ａ、５ｂとを備え、これらを二重線で示す冷却水循環通路（以下、冷却水通路という）により接続した構成となっている。
【００１２】
燃料電池２は積層型のスタック構造を有し、燃料電池内を冷却するための冷却水の入口２ａと出口２ｂ（以下、適宜に出入口という）が、燃料電池２に対し外部過重の発生する方向で且つ燃料電池２を挟んで対向する両端の位置にそれぞれ設けられている。なお、一般に燃料電池には内部加湿型と外部加湿型の２種類があるが、内部加湿型の燃料電池のほうが圧力変動による影響を受けやすく、本発明による効果が大きく得られるので、本実施例では内部加湿型の燃料電池を例として説明する。
【００１３】
リザーバタンク３は、冷却水を貯留するタンク部であり、貯留している冷却水は冷却水通路を通じて燃料電池２へ送られ、燃料電池２を冷却した後、戻りの冷却水通路を経て回収されるように構成されている。
【００１４】
循環ポンプ４は、冷却水通路に設置され、冷却水をリザーバタンク３から燃料電池２へ供給している。
【００１５】
圧力調整容器５ａ、５ｂは、内部が２室に仕切られており、一方の部屋が大気に連通され、他方の部屋が冷却水通路に接続された構造をもち、冷却水通路内の圧力を一定に保つ機能を備えている。この圧力調整容器５ａ、５ｂとしては、冷却水通路内の圧力を一定に保つことができる機能を備えていればよく、本実施例のように必ずしも２室に仕切られた構造でなくても良いし、また大気に連通されていなくても良い。また、圧力調整容器５ａ、５ｂは、燃料電池２の両端に設けられた冷却水の入口２ａ側と出口２ｂ側にそれぞれ接続されており、それぞれ接続している方向にかかる外部過重による冷却水の圧力変動を吸収する役割を果たしている。
【００１６】
次に、実施例１に係る燃料電池の冷却水供給システム１の動作を図２及び図３に基づいて説明する。図２は、圧力調整容器５ａを設置した場合と設置しない場合とにおける冷却水通路内の圧力変化を示した図であり、図３は、圧力調整容器５ｂを設置した場合と設置しない場合とにおける冷却水通路内の圧力変化を示した図である。各図の（ａ）、（ｂ）において、横軸は（ｃ）の矢印方向における冷却水通路の位置、縦軸は冷却水通路内の圧力を示している。また（ｃ）は図１と同じシステム図であり、燃料電池２に外部過重の発生する方向を矢印Ａ、Ｂでそれぞれ示している。この矢印Ａ、Ｂの方向は、例えば車両の前後方向や左右方向に相当する。
【００１７】
まず、図２（ｃ）に示すように、燃料電池２に矢印Ａ方向の外部過重が加わると、圧力調整容器５ａが設置されていない場合には、図２（ａ）に示すように外部過重により冷却水通路内の圧力が上がってしまうのに対して、圧力調整容器５ａが設置されている場合には図２（ｂ）に示すように外部過重による圧力変動が吸収されて、冷却水通路内の圧力が上がるのを抑えることができる。
【００１８】
同様に、図３（ｃ）に示すように、燃料電池２に矢印Ｂ方向の外部過重が加わると、圧力調整容器５ｂが設置されていない場合には、図３（ａ）に示すように外部過重により冷却水通路内の圧力が上がってしまうのに対して、圧力調整容器５ｂが設置されている場合には図３（ｂ）に示すように外部過重による圧力変動が吸収されて、冷却水通路内の圧力が上がるのを抑えることができる。
【００１９】
上述したように、本実施例に係る燃料電池の冷却水供給システム１では、冷却水の出入口を燃料電池２に外部過重の発生する方向で且つ燃料電池２を挟んで対向する両端に設け、出入口のそれぞれに圧力調整容器５ａ、５ｂを設けたので、、外部から加わる二方向（矢印Ａ、Ｂ）の過重による圧力変動を、それぞれ圧力調整容器５ａ、５ｂにより吸収することができる。
【００２０】
したがって、車両に搭載された燃料電池に本実施例の冷却水供給システム１を適用した場合は、車両の加減速により発生する前後Ｇや、車両の旋回時に発生する横Ｇなどの外部過重による圧力変動を確実に吸収して、燃料電池への悪影響を防止することができる。
【実施例２】
【００２１】
図４は、実施例２に係る燃料電池の冷却水供給システムの構成を示すブロック図である。本実施例の燃料電池の冷却水供給システム４１は、実施例１の燃料電池の冷却水供給システム１と圧力調整容器４５ａ、４５ｂの構成が異なる。その他の構成は実施例１と同様なので、実施例１と同等部分には同一符号を付して、重複する説明は省略する。
【００２２】
本実施例の燃料電池２は車両に搭載されており、圧力調整容器４５ａは燃料電池２に対して車両の前方側に設置されている。一方、圧力調整容器４５ｂは燃料電池２に対して車両の後方側に設置されている。
【００２３】
通常、車両における外部過重は発進時よりも急制動時のほうが大きくなるので、車両の前方における圧力変動は車両の後方よりも大きくなるものと考えられる。そこで、本実施例では、車両前方側に取り付けられた圧力調整容器４５ａを容積の大きなものとし、車両後方側に取り付けられた圧力調整容器４５ｂを容積の小さなものとしている。
【００２４】
圧力調整容器４５ａと４５ｂの容積比は、車両後方側の圧力調整容器４５ｂの容積を１としたときに、車両前方側の圧力調整容器４５ａの容積が７倍までの範囲となるように設定することが望ましい。
【００２５】
本実施例に係る燃料電池の冷却水供給システム４１では、車両前方側の圧力調整容器４５ａの容積を大きくしたので、急制動時に車両前方に発生する大きな外部過重による圧力変動を吸収するのに十分な容量を確保することができるとともに、車両後方側の圧力調整容器４５ｂの容積を小さくしたので、必要最低限の容量を確保して省スペース及びコスト削減の効果を実現することができる。
【実施例３】
【００２６】
図５は、実施例３に係る燃料電池の冷却水供給システムの構成を示すブロック図である。図５に示すように、本実施例の燃料電池の冷却水供給システム５１は、車両の進行方向前方側と後方側（以下、前後方向という）、車両の右側と左側（以下、左右方向という）、及び車両の上方と下方（以下、上下方向という）に、それぞれ図示しない冷却水の出入口を設けるとともに、前後方向に圧力調整容器５５ａ、５５ｂを設け、左右方向に圧力調整容器５６ａ、５６ｂを設け、さらに上下方向に圧力調整容器５７ａ、５７ｂを設けている。このように本実施例では、冷却水の出入口を車両の前後方向だけでなく、車両の左右方向及び車両の上下方向にも設け、それらの全ての出入口に圧力調整容器を取り付けている。その他の構成は実施例１と同様なので、実施例１と同等部分には同一符号を付して、重複する説明は省略する。
【００２７】
上述したように、本実施例に係る燃料電池の冷却水供給システム５１では、車両の前後方向だけでなく、左右方向にも圧力調整容器５６ａ、５６ｂを設けて車両の旋回時に発生する左右方向の外部過重による圧力変動を吸収するとともに、車両の上下方向にも圧力調整容器５７ａ、５７ｂを設けたので、悪路走行時における上下方向の外部過重による圧力変動をも吸収することができる。
【００２８】
また、図示していないが、本実施例の構成において、車両前方側に取り付けられた圧力調整容器５５ａを容積の大きなものとし、車両後方側に取り付けられた圧力調整容器５５ｂを容積の小さなものとすることにより、実施例２と同等の効果を得ることができる。
【実施例４】
【００２９】
図６は、実施例４に係る燃料電池の冷却水供給システムの構成を示すブロック図である。図６に示すように、本実施例の燃料電池の冷却水供給システム６１は、車両の前後方向、車両の左右方向、及び車両の上下方向に、それぞれ図示しない冷却水の出入口を設けるとともに、冷却水の入口側に共通の圧力調整容器６５ａを接続し、また出口側に共通の圧力調整容器６５ｂを接続している。そして、入口側の圧力調整容器６５ａと出口側の圧力調整容器６５ｂとは、それぞれ燃料電池２に対して対角線上の位置となるように配置されている。
【００３０】
このように、本実施例に係る燃料電池の冷却水供給システム６１では、車両の前後方向だけでなく、左右方向及び前後方向にも冷却水の出入口を設け、入口側と出口側にそれぞれ共通の圧力調整容器６５ａ、６５ｂを設けたので、車両の前後方向だけでなく、車両の旋回時に発生する左右方向の外部過重による圧力変動を吸収できるとともに、悪路走行時における上下方向の外部過重による圧力変動も吸収することができる。
【００３１】
とくに、本実施例では入口側と出口側にそれぞれ接続した１つの圧力調整容器により各方向での圧力変動を吸収することができるので、省スペース及びコスト削減の効果があり、レイアウト設計の自由度を上げることが可能である。
【００３２】
また、本実施例では、圧力調整容器６５ａ、６５ｂを対角線上に配置したので、どの方向から外部過重が加わったとしても、いずれかの圧力調整容器６５ａ、６５ｂによって外部過重による圧力変動を吸収することができる。
【実施例５】
【００３３】
図７は、実施例５に係る燃料電池の冷却水供給システムの構成を示すブロック図である。図７に示すように、本実施例の燃料電池の冷却水供給システム７１は、実施例４の燃料電池の冷却水供給システム６１において対角線上に配置された圧力調整容器のうち、車両前方側に取り付けられた圧力調整容器７５ａの容積を大きなものとし、車両後方側に取り付けられた圧力調整容器７５ｂの容積を小さくしたものである。その他の構成は実施例４と同様なので、実施例４と同等部分には同一符号を付して、重複する説明は省略する。
【００３４】
このように本実施例に係る燃料電池の冷却水供給システム７１では、車両前方側の圧力調整容器７５ａの容積を大きくしたので、急制動時に車両前方に発生する大きな圧力変動を吸収するのに十分な容量を確保することができるとともに、車両後方側の圧力調整容器７５ｂの容積を小さくしたので、必要最低限の容量を確保して省スペース及びコスト削減の効果を実現することができる。
【００３５】
以上、本発明に係わる燃料電池の水供給システムについて、図面を参照しながら各実施例を説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各部の構成は同様の機能を有する任意の構成のものに置き換えることができる。例えば、本実施例では冷却水通路に圧力調整容器を接続した例について説明したが、内部加湿型の燃料電池には冷却水のほかに加湿用の水も供給されるため、この加湿用の水冷却水通路に本発明の構成を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】実施例１に係る燃料電池の冷却水供給システムの構成を示すブロック図。
【図２】実施例１に係る燃料電池の冷却水供給システムの作用を説明するための図。
【図３】実施例１に係る燃料電池の冷却水供給システムの作用を説明するための図。
【図４】実施例２に係る燃料電池の冷却水供給システムの構成を示すブロック図。
【図５】実施例３に係る燃料電池の冷却水供給システムの構成を示すブロック図。
【図６】実施例４に係る燃料電池の冷却水供給システムの構成を示すブロック図。
【図７】実施例５に係る燃料電池の冷却水供給システムの構成を示すブロック図。
【符号の説明】
【００３７】
１、４１、５１、６１、７１…冷却水供給システム
２…燃料電池
２ａ…入口
２ｂ…出口
３…リザーバタンク
４…循環ポンプ
５ａ、５ｂ、４５ａ、４５ｂ、５５ａ〜５７ａ、６５ａ、６５ｂ、７５ａ、７５ｂ…圧力調整容器
【図１】
2005353462.tif 000003
【図２】
2005353462.tif 000004
【図３】
2005353462.tif 000005
【図４】
2005353462.tif 000006
【図５】
2005353462.tif 000007
【図６】
2005353462.tif 000008
【図７】
2005353462.tif 000009